Sustentación

Para otros usos de este término, véase Sostenibilidad.

La sustentación es la fuerza generada sobre un cuerpo que se desplaza a través de un fluido, de dirección perpendicular a la dirección de la corriente incidente. La aplicación más conocida es la del ala de un ave o un avión, superficie generada por un perfil alar.

Flujo a lo largo de un perfil alar: los puntos se mueven con el flujo. Obsérvese que las velocidades son mucho mayores en la superficie superior (extradós) que en la inferior (intradós). Los puntos negros están en función de la escala de tiempo y se separan a partir del borde de ataque. Perfil Kármán–Trefftz , con valores μx = –0.08, μy = +0.08 y n = 1.94. Ángulo de ataque 8°, flujo potencial.

Fuerzas que actúan sobre un perfil, Mostrando la Sustentación oponiéndose al peso, y el impulso o tracción oponiéndose a la resistencia aerodinámica

Como con otras fuerzas aerodinámicas, en la práctica se utilizan coeficientes adimensionales que representan la efectividad de la forma de un cuerpo para producir sustentación y se usan para facilitar los cálculos y los diseños.

El modelo matemático de la fuerza de sustentación es:

${\displaystyle L={\frac {1}{2}}\rho V^{2}AC_{L}}$

Símbolo	Nombre	Unidad
${\displaystyle L}$	Fuerza de sustentación	N
${\displaystyle \rho }$	Densidad del fluido	kg/m^3
${\displaystyle V}$	Velocidad	m/s
${\displaystyle A}$	Área de referencia del cuerpo (también llamada "superficie alar")	m^2
${\displaystyle C_{L}}$	Coeficiente de sustentación. Este coeficiente se halla experimentalmente de acuerdo con:

${\displaystyle C_{L}={\frac {L}{{\frac {1}{2}}\rho V^{2}A}}}$

En aerodinámica

 

Es la principal fuerza que permite que una aeronave con alas^[1]​ se mantenga en vuelo. Esta, al ser mayor que el peso total de la aeronave, le permite despegar.

Para la sustentación se utiliza la notación ${\displaystyle L}$ , del término inglés lift o sustentación en español, y ${\displaystyle C_{L}}$  para el coeficiente de sustentación, el cual siempre se busca que sea lo mayor posible.

Además, la sustentación, y en consecuencia su coeficiente, dependen directamente del ángulo de ataque, aumentando según aumenta este hasta llegar a un punto máximo o a un ángulo de ataque crítico, después del cual el flujo de aire que pasa sobre el extradós (superficie superior del ala) no logra recorrer en su totalidad y mantenerse adherido al perfil aerodinámico, dando lugar a la entrada en pérdida (stall, en inglés). Para aumentar la sustentación existen dispositivos de hipersustentación como los flaps y slats para continuar con la diferencia de presiones y por lo tanto aumentar la sustentación modificando la curvatura del perfil (usado generalmente cuando se necesita sustentación a baja velocidad). Una explicación correcta del origen de la sustentación requiere hacer uso de la teoría de capa límite desarrollada por Prandtl. Las diferencias de comportamiento de objetos a diversas velocidades se suelen expresar con el 'número de Reynolds', un número sin dimensiones que describe las relaciones entre viscosidad e inercia en un fluido.

En automovilismo

Para la sustentación se utiliza la notación ${\displaystyle F_{z}}$ , y ${\displaystyle C_{z}}$  para el coeficiente de sustentación, ya que esta fuerza actúa paralelamente al eje OZ del triedro de referencia que se asocia al vehículo.

Para poder comparar directamente la sustentación que producen dos vehículos en las mismas condiciones, se utiliza el coeficiente ${\displaystyle SC_{z}}$ , exactamente por los mismos motivos que en el caso de la resistencia aerodinámica.

${\displaystyle SC_{z}=C_{z}\cdot S_{\rm {planta}}}$ 

En los vehículos de calle no se suele tener en cuenta ni aprovechar la sustentación e incluso puede haber un pequeño coeficiente positivo. En muchos tipos de vehículos de competición, como pueden ser los de la Fórmula 1, ocurre todo lo contrario, buscándose que sea negativo; es decir, que el vehículo sea empujado hacia el suelo, con el objetivo de obtener un mejor agarre o apoyo aerodinámico que aumente la velocidad en curva, mediante superficies como alerones o el aprovechamiento del fondo plano.

Además, en algunos de estos vehículos, dependiendo entre otras cosas de la distribución de masas y del tipo de tracción, se buscan apoyos aerodinámicos diferentes para cada eje, por lo que puede haber un coeficiente diferente asociado a cada uno de ellos.

Véase también

• Capa límite
• Resistencia aerodinámica
• Efecto suelo
• Efecto Venturi
• Vorticidad

Referencias

1. . Scribd. Archivado desde el original el 23 de agosto de 2013. Consultado el 16 de enero de 2016. 

Enlaces externos

Camocardi, Mauricio E. (04 de 2012). Control de flujo sobre la estela cercana de perfiles aerodinámicos mediante la implementación de mini-flaps Gurney. p. 111. Consultado el 28 de abril de 2014. 

• [1] Ventajas de los fuselajes con perfil de ala frente a los convencionales, cilíndricos.

•   Datos: Q194433
•   Multimedia: Lift (fluid dynamics)